一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法
2023-11-11 10:44:47
專利名稱：一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有水平法蘭的機匣的焊接方法。
背景技術：
燃氣輪機機匣水平法蘭的電子束焊接是生產中的關鍵組成部分，機匣結構對焊接 質量要求較高，現有的半環式機匣水平法蘭焊接方法中，是將機匣筒體切割成兩個半環式 筒體，然後分兩次分別將兩個水平法蘭焊接到一個半環式筒體的兩端，焊接過程要進行兩 次真空電子束焊接，焊接前由於工裝強制校形，內部應力較大，裝配難度大，焊後零件變形 較大，嚴重影響焊接質量，進而直接影響機匣產品的質量和生產效率，也影響燃氣輪機的制 造水平。為了減小機匣的變形，提高機匣的製造精度，提高製造效率，可採用將兩次真空電 子束焊接減少為一次真空電子束焊接的方式，而現有的半環式機匣水平法蘭焊接結構不能 滿足該要求，因此採用整體式機匣水平法蘭焊接結構，進行一次真空電子束焊接勢在必行。發明內容
本發明是為解決現有的半環式燃氣輪機機匣焊接方法水平法蘭焊後變形大、工裝 設計製造複雜、工裝重複使用率低和生產效率低的技術問題，而提供一種帶有水平法蘭結 構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法。
本發明的一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法按照以下步驟 實現
一、機械加工在機匣筒體上加工一個鑲嵌成對水平法蘭的開口槽，將機匣筒體旋 轉180°後，在對應位置再加工一個鑲嵌成對水平法蘭的開口槽，保證兩槽的對稱性，開口 槽寬為單個水平法蘭高度的2倍，開口槽長為水平法蘭的長度，開口槽兩端到機匣筒體兩 端留有8"l2mm餘量；
二、清理清理機匣筒體待焊表面、水平法蘭待焊表面；
三、點焊在水平法蘭外表面對水平法蘭兩兩組對進行點焊；
四、劃線沿水平法蘭與筒體間的焊縫在機匣筒體端面由筒體外圓向內圓劃線，使 水平法蘭與筒體間的焊縫與劃線在同一平面上；
五、裝配將經過步驟三點焊好的兩個成對水平法蘭分別鑲嵌在開口槽位置，水平 法蘭與機匣筒體間隙小於O. 20mm,錯邊小於O. 30mm ；
六、定位點焊採用鎢極氬弧焊對水平法蘭與機匣筒體間的焊縫進行定位點焊，點 焊後用白色的綢布蘸丙酮或酒精清理氬弧焊表面，直到白色不變黑為止，然後將步驟三中 對水平法蘭點焊的焊點打磨掉；
七、找正將步驟六後的機匣裝配到工裝夾具上，然後放在焊機真空室內的工作檯 上，調整端面跳動和徑向跳動均不超過O. 10mm，將零件夾緊後重新調整端面跳動和徑向跳 動均不超過O.1Omm ；
八、差補當電子槍的角度B=0°時，讓電子槍的十字叉線中心對準步驟四的劃線處，旋轉工作檯的W軸，使電子槍的十字叉線行走軌跡沿劃線軌跡從機匣筒體外圓走向機 匣筒體內圓，然後將電子槍的角度由B=0°旋轉至B=90°，電子槍的十字叉線中心對準水 平法蘭與筒體的焊縫的一個端點，使電子槍的Z方向從端點沿筒體軸向行走至焊縫的另一 端，並記錄電子槍的X方向與Y方向相對坐標值，供焊接時差補；
九、電子束焊接先對水平法蘭與機匣筒體間的焊縫兩側分別距焊縫20mm以內的 位置用白色綢布蘸丙酮或酒精進行清理，直到白色不變黑為止，然後使真空室的真空度達 到5. 5 X KT2Pa 8. 8X10_2Pa，在焊機電子槍真空度為5. OXKT3Pa 9. 6 X KT3Pa的條件 下，先對水平法蘭與機匣筒體間的四條焊縫進行電子束定位點焊，電子束定位點焊焊縫順 序按上半筒體左側焊縫、下半筒體右側焊縫、下半筒體左側焊縫、上半筒體右側焊縫的順序 進行，電子束定位點焊長為60 150_，電子束定位點焊位置與步驟六中的定位焊位置錯 開，電子束定位點焊後再按照上半筒體左側焊縫、下半筒體右側焊縫、下半筒體左側焊縫、 上半筒體右側焊縫的順序對水平法蘭與機匣筒體間的四條焊縫進行電子束焊接，電子束焊 接後將開口槽兩端與機匣筒體兩端的餘量去除，得到燃氣輪機機匣。
本發明的焊接方法，採用在整體式機匣筒體上開槽，開槽時在筒體兩端留有餘量， 保持筒體完整性，然後在開槽處鑲嵌成對的、在外表面進行點焊好的法蘭，將法蘭定位點焊 到筒體上之後，打磨掉在法蘭外表面點焊的焊點，使兩個法蘭保持獨立的狀態，在正式焊接 時可以自由收縮，然後再進行電子束焊接，利用整體式機匣水平法蘭焊接結構剛性好的特 點，採用一次抽真空完成四件水平法蘭的焊接，生產效率提高了一倍，降低焊接製造的成 本，提高了燃汽輪機的製造水平，焊接時按照對角順序進行，且一次真空電子束焊接四件水 平法蘭，使焊後變形小，焊後及時進行去應力熱處理，打磨完焊縫後，對其進行X光探傷無 損檢測，焊縫質量符合標準要求，焊縫未出現未焊透、氣孔、裂紋與擊穿等缺陷，且焊接完成 後使用時，只需去掉開槽時筒體兩端留有的餘量，整體式機匣筒體自然分成兩個半環式的 機匣，工裝設計製造簡單，由於整體式機匣筒體的剛性好，工裝設計不用考慮強制校形因 素，進而可以不採用螺栓把緊的工裝結構，避免了工裝多次熱處理而損壞螺紋結構導致工 裝重複使用率低的問題，可用於燃氣輪機機匣水平法蘭的焊接。
圖1是本發明的燃氣輪機機匣的主視圖；其中I為機匣上半筒體，2為機匣下半筒 體，3為機匣上半法蘭，4為機匣下半法蘭；
圖2是圖1在A-A處的剖視圖；其中I為機匣上半筒體，2為機匣下半筒體，3為機 匣上半筒體左側法蘭，4為機匣下半筒體左側法蘭，5為機匣上半筒體右側法蘭，6為機匣下 半筒體右側法蘭。
具體實施方式
本發明技術方案不局限於以下列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式的一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊 接方法是按照以下步驟實現
一、機械加工在機匣筒體上加工一個鑲嵌成對水平法蘭的開口槽，將機匣筒體旋轉180°後，在對應位置再加工一個鑲嵌成對水平法蘭的開口槽，保證兩槽的對稱性，開口 槽寬為單個水平法蘭高度的2倍，開口槽長為水平法蘭的長度，開口槽兩端到機匣筒體兩 端留有8"l2mm餘量；
二、清理清理機匣筒體待焊表面、水平法蘭待焊表面；
三、點焊在水平法蘭外表面對水平法蘭兩兩組對進行點焊；
四、劃線沿水平法蘭與筒體間的焊縫在機匣筒體端面由筒體外圓向內圓劃線，使 水平法蘭與筒體間的焊縫與劃線在同一平面上；
五、裝配將經過步驟三點焊好的兩個成對水平法蘭分別鑲嵌在開口槽位置，水平 法蘭與機匣筒體間隙小於O. 20mm,錯邊小於O. 30mm ；
六、定位點焊採用鎢極氬弧焊對水平法蘭與機匣筒體間的焊縫進行定位點焊，點 焊後用白色的綢布蘸丙酮或酒精清理氬弧焊表面，直到白色不變黑為止，然後將步驟三中 對水平法蘭點焊的焊點打磨掉；
七、找正將步驟六後的機匣裝配到工裝夾具上，然後放在焊機真空室內的工作檯 上，調整端面跳動和徑向跳動均不超過O. 10mm，將零件夾緊後重新調整端面跳動和徑向跳 動均不超過O.1Omm ；
八、差補當電子槍的角度B=0°時，讓電子槍的十字叉線中心對準步驟四的劃線 處，旋轉工作檯的W軸，使電子槍的十字叉線行走軌跡沿劃線軌跡從機匣筒體外圓走向機 匣筒體內圓，然後將電子槍的角度由B=0°旋轉至B=90°，電子槍的十字叉線中心對準水 平法蘭與筒體的焊縫的一個端點，使電子槍的Z方向從端點沿筒體軸向行走至焊縫的另一 端，並記錄電子槍的X方向與Y方向相對坐標值，供焊接時差補；
九、電子束焊接先對水平法蘭與機匣筒體間的焊縫兩側分別距焊縫20mm以內的 位置用白色綢布蘸丙酮或酒精進行清理，直到白色不變黑為止，然後使真空室的真空度達 到5. 5 X KT2Pa 8. 8X10_2Pa，在焊機電子槍真空度為5. OXKT3Pa 9. 6 X KT3Pa的條件 下，先對水平法蘭與機匣筒體間的四條焊縫進行電子束定位點焊，電子束定位點焊焊縫順 序按上半筒體左側焊縫、下半筒體右側焊縫、下半筒體左側焊縫、上半筒體右側焊縫的順序 進行，電子束定位點焊長為60 150_，電子束定位點焊位置與步驟六中的定位焊位置錯 開，電子束定位點焊後再按照上半筒體左側焊縫、下半筒體右側焊縫、下半筒體左側焊縫、 上半筒體右側焊縫的順序對水平法蘭與機匣筒體間的四條焊縫進行電子束焊接，電子束焊 接後將開口槽兩端與機匣筒體兩端的餘量去除，得到燃氣輪機機匣。
其中上半筒體左側焊縫為機匣上半筒體I與機匣上半筒體左側法蘭3之間的焊 縫，下半筒體右側焊縫為機匣下半筒體2與機匣下半筒體右側法蘭6之間的焊縫，下半筒體 左側焊縫為機匣下半筒體2與機匣下半筒體左側法蘭4之間的焊縫，上半筒體右側焊縫為 機匣上半筒體I與機匣上半筒體右側法蘭5之間的焊縫。
本實施方式的焊接方法，採用在整體式機匣筒體上開槽，開槽時在筒體兩端留有 餘量，保持筒體完整性，然後在開槽處鑲嵌成對的、在外表面進行點焊好的法蘭，將法蘭定 位點焊到筒體上之後，打磨掉在法蘭外表面點焊的焊點，使兩個法蘭保持獨立的狀態，在正 式焊接時可以自由收縮，然後再進行電子束焊接，利用整體式機匣水平法蘭焊接結構剛性 好的特點，採用一次抽真空完成四件水平法蘭的焊接，生產效率提高了一倍，降低焊接製造 的成本，提高了燃汽輪機的製造水平，焊接時按照對角順序進行，且一次真空電子束焊接四件水平法蘭，使焊後變形小，焊後及時進行去應力熱處理，打磨完焊縫後，對其進行X光探 傷無損檢測，焊縫質量符合標準要求，焊縫未出現未焊透、氣孔、裂紋與擊穿等缺陷，且焊接 完成後使用時，只需去掉開槽時筒體兩端留有的餘量，整體式機匣筒體自然分成兩個半環 式的機匣，工裝設計製造簡單，由於整體式機匣筒體的剛性好，工裝設計不用考慮強制校形 因素，進而可以不採用螺栓把緊的工裝結構，避免了工裝多次熱處理而損壞螺紋結構導致 工裝重複使用率低的問題，可用於燃氣輪機機匣水平法蘭的焊接。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中開口槽兩端 到機匣筒體兩端留有IOmm餘量，其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟五中水平法 蘭與機匣筒體間隙為O. 05 O. 12mm，錯邊為O. 02 O. 08mm，其它步驟和參數與具體實施 方式一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟九中電 子束定位點焊長為8(Tl30mm，其它步驟和參數與具體實施方式
一至三之一相同。
用以下試驗驗證本發明的有益效果
實施例1、一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法按以下步驟進 行
一、機械加工在筒體高度為640mm,小端直徑為680mm,大端直徑為868mm的機 匣筒體上加工一個鑲嵌成對水平法蘭的開口槽，將機匣筒體旋轉180°後，在對應位置再 加工一個鑲嵌成對水平法蘭的開口槽，保證兩槽的對稱性，開口槽寬為150_，開口槽長為 620mm,開口槽兩端與機匣筒體兩端餘量為IOmm ；
二、清理清理機匣筒體待焊表面、水平法蘭待焊表面、工裝夾具表面以及焊機真 空室內的工作檯表面；
三、點焊在水平法蘭外表面的兩端位置分別對四個水平法蘭兩兩組對進行點焊； 其中水平法蘭厚度為22. 5mm ；
四、劃線沿水平法蘭與筒體間的焊縫在機匣筒體端面由筒體外圓向內圓劃線，使 水平法蘭與筒體間的焊縫與劃線在同一平面上；
五、裝配將經過步驟三點焊好的兩個成對水平法蘭分別鑲嵌在開口槽位置，水平 法蘭與機匣筒體間隙為O. 05 O. 12mm，錯邊為O. 02 O. 08mm ；
六、定位點焊採用鎢極氬弧焊對水平法蘭與機匣筒體間的焊縫進行定位點焊，點 焊後用白色的綢布蘸酒精清理氬弧焊表面，直到白色不變黑為止，然後將步驟三中對水平 法蘭點焊的焊點打磨掉，確保水平法蘭是獨立的，在正式焊接時可以自由收縮；
七、找正將步驟六後的機匣裝配到工裝夾具上，然後放在焊機真空室內的工作檯 上，調整端面跳動和徑向跳動均小於O. 10mm，將零件夾緊後重新調整端面跳動和徑向跳動 均小於O.1Omm ；
八、差補當電子槍的角度B=0°時，讓電子槍的十字叉線中心對準步驟四的劃線 處，旋轉工作檯的W軸，使電子槍的十字叉線行走軌跡沿劃線軌跡從機匣筒體外圓走向機 匣筒體內圓，然後將電子槍的角度由B=0°旋轉至B=90°，電子槍的十字叉線中心對準水 平法蘭與筒體的焊縫的一個端點，使電子槍的Z方向從端點沿筒體軸向行走至焊縫的另一 端，並記錄電子槍的X方向與Y方向相對坐標值，供焊接時差補；
九、電子束焊接先對水平法蘭與機匣筒體間的焊縫兩側分別距焊縫20mm以內的 位置用白色綢布蘸酒精進行清理，直到白色不變黑為止，然後使容積為49M3的焊機真空室 的真空度達到8X 10_2Pa，在焊機電子槍電壓為60KV，功率為60KW，真空度為6 X 10_3Pa的條 件下，先對水平法蘭與機匣筒體間的四條焊縫進行電子束定位點焊，電子束定位點焊焊縫 順序按上半筒體左側焊縫、下半筒體右側焊縫、下半筒體左側焊縫、上半筒體右側焊縫的順 序進行，點焊長為60 150_，電子束定位點焊位置與步驟六中的定位焊位置錯開，點焊後 再按照上半筒體左側焊縫、下半筒體右側焊縫、下半筒體左側焊縫、上半筒體右側焊縫的順 序對水平法蘭與機匣筒體間的四條焊縫進行電子束焊接，電子束焊接後將開口槽兩端與機 匣筒體兩端的餘量去除，得到燃氣輪機機匣。
其中上半筒體左側焊縫為機匣上半筒體I與機匣上半筒體左側法蘭3之間的焊 縫，下半筒體右側焊縫為機匣下半筒體2與機匣下半筒體右側法蘭6之間的焊縫，下半筒體 左側焊縫為機匣下半筒體2與機匣下半筒體左側法蘭4之間的焊縫，上半筒體右側焊縫為 機匣上半筒體I與機匣上半筒體右側法蘭5之間的焊縫。
試驗一、對實施例1焊接的帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣進行X光探傷檢測，檢 測過程如下
根據GB/T3323-2005金屬熔化焊焊接接頭射線照相標準，用型號為 IS0Y0LTTITAN320. 3PH的雙焦點X射線探傷儀，對實施例1焊接的帶有水平法蘭結構燃氣輪 機機匣進行X光探傷檢測，測得實施例1焊接的帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣焊縫未出 現未焊透、氣孔、裂紋與擊穿等缺陷，焊縫質量符合標準要求。
權利要求
1.一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法，其特徵在於該電子束焊接方法是按照以下步驟實現一、機械加工在機匣筒體上加工一個鑲嵌成對水平法蘭的開口槽，將機匣筒體旋轉 180°後，在對應位置再加工一個鑲嵌成對水平法蘭的開口槽，保證兩槽的對稱性，開口槽寬為單個水平法蘭高度的2倍，開口槽長為水平法蘭的長度，開口槽兩端到機匣筒體兩端留有8 12mm餘量；二、清理清理機匣筒體待焊表面、水平法蘭待焊表面；三、點焊在水平法蘭外表面對水平法蘭兩兩組對進行點焊；四、劃線沿水平法蘭與筒體間的焊縫在機匣筒體端面由筒體外圓向內圓劃線，使水平法蘭與筒體間的焊縫與劃線在同一平面上；五、裝配將經過步驟三點焊好的兩個成對水平法蘭分別鑲嵌在開口槽位置，水平法蘭與機匣筒體間隙小於O. 20mm,錯邊小於O. 30mm ；六、定位點焊採用鎢極氬弧焊對水平法蘭與機匣筒體間的焊縫進行定位點焊，點焊後用白色的綢布蘸丙酮或酒精清理氬弧焊表面，直到白色不變黑為止，然後將步驟三中對水平法蘭點焊的焊點打磨掉；七、找正將步驟六後的機匣裝配到工裝夾具上，然後放在焊機真空室內的工作檯上， 調整端面跳動和徑向跳動均不超過O.1Omm,將零件夾緊後重新調整端面跳動和徑向跳動均不超過O. 10mm ；八、差補當電子槍的角度B=0°時，讓電子槍的十字叉線中心對準步驟四的劃線處， 旋轉工作檯的W軸，使電子槍的十字叉線行走軌跡沿劃線軌跡從機匣筒體外圓走向機匣筒體內圓，然後將電子槍的角度由B=0°旋轉至B=90°，電子槍的十字叉線中心對準水平法蘭與筒體的焊縫的一個端點，使電子槍的Z方向從端點沿筒體軸向行走至焊縫的另一端， 並記錄電子槍的X方向與Y方向相對坐標值，供焊接時差補；九、電子束焊接先對水平法蘭與機匣筒體間的焊縫兩側分別距焊縫20mm以內的位置用白色綢布蘸丙酮或酒精進行清理，直到白色不變黑為止，然後使真空室的真空度達到5.5X 10_2Pa 8X 10_2Pa，在焊機電子槍真空度為5. OX 10_3Pa 6X 10_3Pa的條件下， 先對水平法蘭與機匣筒體間的四條焊縫進行電子束定位點焊，電子束定位點焊焊縫順序按上半筒體左側焊縫、下半筒體右側焊縫、下半筒體左側焊縫、上半筒體右側焊縫的順序進行，電子束定位點焊長為60 150_，電子束定位點焊位置與步驟六中的定位焊位置錯開， 電子束定位點焊後再按照上半筒體左側焊縫、下半筒體右側焊縫、下半筒體左側焊縫、上半筒體右側焊縫的順序對水平法蘭與機匣筒體間的四條焊縫進行電子束焊接，電子束焊接後將開口槽兩端與機匣筒體兩端的餘量去除，得到燃氣輪機機匣。
2.根據權利要求1所述的一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法，其特徵在於步驟一中開口槽兩端到機匣筒體兩端留有IOmm餘量。
3.根據權利要求1或2所述的一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法，其特徵在於步驟五中水平法蘭與機匣筒體間隙為O. 05 O. 12mm，錯邊為O. 02 O.08mm。
4.根據權利要求3所述的一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法，其特徵在於步驟九中電子束定位點焊長為8(Tl30mm。
全文摘要
一種帶有水平法蘭結構燃氣輪機機匣的電子束焊接方法，它涉及一種帶有水平法蘭的機匣的焊接方法，本發明是為解決現有的半環式燃氣輪機機匣焊接方法水平法蘭焊後變形大、工裝設計製造複雜、工裝重複使用率低和生產效率低的技術問題，焊接方法如下一、機械加工；二、清理待焊零件表面；三、點焊；四、劃線；五、裝配；六、定位點焊；七、找正；八、差補；九、電子束焊接。本發明的焊接方法實現了四件水平法蘭一次真空電子束焊接，焊後變形小，生產效率提高一倍，X光探傷無損檢測，焊縫未出現未焊透、氣孔、裂紋與擊穿等缺陷，焊縫質量符合要求，且工裝設計製造簡單，工裝重複使用率高，可用於燃氣輪機機匣水平法蘭的焊接。
文檔編號B23K15/06GK102990217SQ20121050866
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者王金剛, 宮在龍, 太秀濱, 李緒瑞, 門士然, 陳麗娟, 彭勇, 韓志雙, 鄧萌, 於增傑 申請人:哈爾濱汽輪機廠有限責任公司